零基礎程式設計——密碼學實戰篇-古典加密演算法加密解密破解-上篇

摘要

書接前文：

1-《零基礎程式設計——Python基礎》

2-《零基礎程式設計——密碼學基礎理論篇》

前面我們分享了密碼學的基礎理論篇，從摩斯密碼切入，逐個分析了凱撒加密法、換位加密法、數乘加密法、仿射加密、簡單替代、多表替代、對稱加密、非對稱加密RSA加密法等等。本篇繼續分享實際使用實戰。針對古典加密演算法進行加密解密，學會對明文進行Python程式設計加密、解密，以及破解密碼實戰。

內容

1-凱撒加密法 程式設計實戰2-反轉加密法 程式設計實戰3-換位加密法 程式設計實戰4-數乘加密法 程式設計實戰0-Python cryptography 庫安裝針對密碼學的基礎加密演算法，其實自己寫也可以，不過為了不浪費時間，充分利用現有的資源，站在巨人的肩膀上學習。我們使用cryptographic、pycipher等庫#原始碼參考https：//github。com/pyca/cryptography/tree/master/src/cryptographyhttps：//github。com/jameslyons/pycipher#安裝使用pip install cryptographypip install pycipher#不懂使用的童鞋，請參考我們的-Python基礎篇章

0-Python cryptography 庫安裝

針對密碼學的基礎加密演算法，其實自己寫也可以，不過為了不浪費時間，充分利用現有的資源，站在巨人的肩膀上學習。

我們使用cryptographic、pycipher等庫

#原始碼參考https：//github。com/pyca/cryptography/tree/master/src/cryptographyhttps：//github。com/jameslyons/pycipher

#安裝使用pip install cryptographypip install pycipher#不懂使用的童鞋，請參考我們的-Python基礎篇章

1-凱撒加密法 程式設計實戰

原理

：（具體參考我們上一篇密碼學基礎理論篇）

實戰

：

def encode（string， shift）： cipher = ‘’ for char in string： if char == ‘ ’： cipher = cipher + char elif char。isupper（）： cipher = cipher + chr（（ord（char） + shift - ord（‘A’）） % 26 + ord（‘A’）） else： cipher = cipher + chr（（ord（char） + shift - ord（‘a’）） % 26 + ord（‘a’）） return cipherdef decode（text， s）： result = “” for x in text： if（x == ‘ ’）： result += “ ” elif（ord（x）-ord（‘A’）-s < 0）： result += chr（ord（x）-s+26） else： result += chr（ord（x）-s） return resulttext = ‘Hello FreoStudio Welcome U ’print（‘明文：’+text）text = encode（text， 4） # 加密print（‘密文：’+text）decode（text， 4）

當我們不知道金鑰Key=4的情況下爆破：

for key in range（0， 26）： print（‘Key=’+str（key）） text = decode（‘Lipps JvisWxyhms Aipgsqi Y’， key） print（text）#執行結果：Key=0Lipps JvisWxyhms Aipgsqi YKey=1Khoor IuhrVwxglr Zhofrph XKey=2Jgnnq HtgqUvwfkq Ygneqog WKey=3Ifmmp GsfpTuvejp Xfmdpnf VKey=4Hello FreoStudio Welcome UKey=5Gdkkn EqdnRstchn Vdkbnld TKey=6Fcjjm DpcmQrsbgm Ucjamkc SKey=7Ebiil CoblPqrafl Tbi`ljb RKey=8Dahhk BnakOpq`ek Sah_kia QKey=9C`ggj Am`jNop_dj R`g^jh` PKey=10B_ffi Zl_iMno^ci Q_f］ig_ OKey=11A^eeh Yk^hLmn］bh P^e\hf^ NKey=12Z］ddg Xj］gKlm\ag O］d［ge］ MKey=13Y\ccf Wi\fJkl［`f N\cZfd\ LKey=14X［bbe Vh［eIjkZ_e M［bYec［ KKey=15WZaad UgZdHijY^d LZaXdbZ JKey=16VY``c TfYcGhiX］c KY`WcaY IKey=17UX__b SeXbFghW\b JX_Vb`X HKey=18TW^^a RdWaEfgV［a IW^Ua_W GKey=19SV］］` QcV`DefUZ` HV］T`^V FKey=20RU\\_ PbU_CdeTY_ GU\S_］U EKey=21QT［［^ OaT^BcdSX^ FT［R^\T DKey=22PSZZ］ N`S］AbcRW］ ESZQ］［S CKey=23ORYY\ M_R\ZabQV\ DRYP\ZR BKey=24NQXX［ L^Q［Y`aPU［ CQXO［YQ AKey=25MPWWZ K］PZX_`OTZ BPWNZXP Z

一般情況下，我們明文字符集不止25個，像我們漢字常用的就有3千多個，那我們就需要進行爆破3千多個Key，但是爆破完了，我們怎麼知道哪一個是我們想要的Key？一個個看也不現實。

可以用字典進行檢測單詞有效性，Python可以使用enchant或者nltk庫來判斷單詞是否有效英語單詞，我們也可以自己下載一本英文單詞書（words。txt），進行逐個匹對：

def is_english_word（word）： with open（“。/files/words。txt”） as word_file： english_words = set（word。strip（）。lower（） for word in word_file） return word。lower（） in english_wordsis_english_word（‘hellX’）#執行結果：False

爆破

，獲取最佳金鑰Key

import tools#爆破凱撒加密的密文def caesar_cracking（msg，len）： relKey =0 relCount =0 print（‘破解中，耐心等待。。。’） for key in range（0， len）： print（key） text = caesar_decode（msg， key） count =0 for word in text。split（“ ”）： #print（‘=====’+word） if tools。is_english_word（word）： count+=1 if count > relCount： relCount = count relKey = key if relKey >=100：#如果正確率達到100個，可以任務是得到了金鑰 break print（‘破解完成。。。’） print（‘最佳金鑰為：key=’+str（relKey）） return relKey caesar_cracking（‘Lipps JvisWxyhms Aipgsqi Y’，26）#執行結果如下：

2-反轉加密法 程式設計實戰

原理

：（具體參考我們上一篇密碼學基礎理論篇）

實戰

# 反轉加密法#加密演算法與解密演算法一致def reverse_cipher（msg）： i = len（msg） - 1 result = ‘’ # 儲存加反轉後的資訊 while i >= 0： result += msg［i］ i = i - 1 print（“反轉為：”， result） return resultmessage = ‘This is program to explain reverse cipher。’text = reverse_cipher（message）#反轉加密reverse_cipher（text）#反轉再反轉得到明文

破解：反轉即可，關鍵是你不知道別人的密文是不是其中一個環節用了反轉

3-換位加密法 程式設計實戰

原理

：（具體參考我們上一篇密碼學基礎理論篇）

行列轉換後按列號從新排序1、2、3、4列

實戰

# 換位加密法from pycipher import ColTrans#加密def transposition_encode（key， msg）： return ColTrans（key）。encipher（msg）#解密def transposition_decode（key， msg）： return ColTrans（key）。decipher（msg）text = transposition_encode（“21334”，“Hello FreoStudio Welcome U”）transposition_decode（“HELLO”，text）#pycipher ColTrans 換位加密具體演算法原始碼#我們站在巨人肩膀上，創新創造，不重複造輪子了https：//github。com/freostudio/pycipher/tree/master/pycipher/columnartransposition。py

密碼分析

換位加密法通常稱之為列轉換加密法，行列轉置密碼，將明文按自定義列數換位。加密強度本身很弱，但通常和其他加密方法結合，例如替代加密法結合，ADFGVX密碼就是用換位加密大大增強安全性的。

怎麼破解呢，如果採用爆破去逐個嘗試，基本不可能，因為首先換位的列數可以無數個，而且列進行排序組合也很多，得到結果後還得校驗單詞正確性。一般的計算機基本難於爆破。

基本長度9之後都很難逐個破解了

逐個破解無望，可以使用字典攻擊方法，通常加密Key是常用人名地名的，然後我們建立一個字典，逐個嘗試，提高效率。

4-數乘加密法 程式設計實戰

原理

：（具體參考我們上一篇密碼學基礎理論篇）

實戰

# 數乘加密def multiplicative_encode（key，totol_num， text）： result = ‘’ # 儲存加反轉後的資訊 for x in text： if（x == ‘ ’）： result += “ ” else： offset = ord（x） - ord（‘A’） result +=chr（（（key* offset ） % totol_num） + ord（‘A’）） return resultmultiplicative_encode（7，26，“ABCDEFG”）##輸出結果：# 數乘加密。。。‘AHOVCJQ’

5-總結

我們針對古典加密演算法的實戰，實戰是為了更好地掌握古典加密演算法的思想。

上篇- 1-凱撒加密法 程式設計實戰2-反轉加密法 程式設計實戰3-換位加密法 程式設計實戰4-數乘加密法 程式設計實戰下篇-5-仿射加密法6-簡單替代加密法7-維吉尼亞加密法——多表替代加密法8-一次一密加密法 one time pad cipher